Titel: Untersuchungen von Sulu- und Rohkupferschmelzungen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1889, Band 272 (S. 320–326)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj272/ar272056

Auf Gasanalysen gegründete Untersuchungen von Sulu- und Rohkupferschmelzungen u.s.w. in Schachtöfen.

(Nach Prof. J. H. L. Vogt's Veröffentlichungen in Jernkont. annal., 1887 Bd. 6 und 7, bearbeitet von Dr. Leo.)

Das Studium der Chemie des Hochofenprozesses stützt sich auf Gasanalysen. Solche Untersuchungen begann 18381) R. Bunsen, sie wurden später zum wesentlichen Theile von schwedischen Forschern fortgesetzt. 1840 analysirte Bunsen die Gase aus einem Kupfersuluofen, dem Kupferschieferofen zu Friedrichshütte bei Rothenburg2); nach dieser Zeit aber sind nur wenige Untersuchungen über die Zusammensetzung der Gase aus Sulu-, Rohkupfer- und Bleiöfen u.s.w. bekannt geworden und die allgemeine Kenntniſs des inneren Verlaufes dieser Prozesse hat die wünschenswerthe Erweiterung nicht gefunden. Die wichtigste Arbeit auf diesem Felde aus neuerer Zeit: „Untersuchungen der Gase der Freiberger Bleiöfen“ von A. Schertel ist im Jahrbuche für das Berg- und Hüttenwesen im Königreiche Sachsen, 1880, mitgetheilt; einige Analysen von Gasen vom Kupferschieferschmelzen bei Mansfeld, die zu Heizzwecken wie bei den Hochöfen abgenommen und zur Controle des Kohlenoxydgehaltes in kurzen Zwischenräumen analysirt werden, finden sich in: „Der Kupferschieferbergbau und der Hütten betrieb zur Verarbeitung der gewonnenen Minern im Mansfelder und Sangerhauser Kreise“ von der Ober-Berg- und Hüttendirection in Eisleben, 1881, und ein paar ältere daher von Heine sind in C. A. Balling's Metallhüttenkunde, 1885, abgedruckt; auch F. Fischer's Arbeit über „Das Schmelzen von Eisen in Kupolöfen“, D. p. J., 1879 231 38, enthält einige Analysen von Gasen aus Kupolöfen. Die weiterhin folgenden Gasuntersuchungen sind mit dem von Eggertz, Jernkont. annal., 1882 S. 175, beschriebenen Apparate und nach seiner Methode ausgeführt; die betreffenden Gase wurden mit Hilfe einer groſsen, einen Fuſs unterhalb der Gicht angebrachten Glocke aufgefangen und sofort nach der Abnahme analysirt. Beim Beginne einer jeden Reihe von Analysen wurde besonders untersucht, ob das Gas freien Sauerstoff aus der Luft enthielt; später wurde dies als unnöthig unterlassen.

Die metallurgischen Prozesse zu Röras.3)

Die Gruben von Röras fördern Weicherze mit vielem Schwefel- und Magnetkies, aber auch mit so viel Silicatmaterial (Quarz, Hornblende, Glimmer u.s.w.), daſs ein besonderer Zuschlag von Kieselsäure beim Suluschmelzen entbehrt werden kann. Sie enthalten kaum eine Spur von Antimon und Wismuth, verschwindend wenig Arsenik, werden einmal im Haufen geröstet und dann im Schachtofen durchgesetzt; der daraus fallende Rohstein mit 18 bis 20 Proc. Kupfer wird gewöhnlich siebenmal unter Umsetzen geröstet und geht sodann zum Rohkupferschmelzen. Der beim zweiten Schmelzen gefallene Stein wird mit dem Rohsteine zusammen geröstet, das Rohkupfer im Herde gegart und als Rosettenkupfer in den Handel gebracht. Zur Zeit denkt man in Röras an die Einführung des Besemer-Prozesses mit nachfolgender Elektrolyse.

In Folge des groſsen Eisengehaltes und der Basicität der Rohsteinbeschickung wurde viel Eisen im Ofen ausreducirt, und man erbaute vor einigen Jahren, um die daraus folgenden Schwierigkeiten zu umgehen, einen Suluofen mit offenem Auge und Stichtiegel vor dem Schachte. Bei dieser Anordnung wird das im Ofen ausreducirte und vom Rohsteine zuerst gelöste metallische Eisen vom Steine fortgeführt und ein Aufsetzen desselben auf der Sohle findet nicht mehr statt.

Als Brennmaterial dienten früher nur Holzkohlen, und der schwierigen Transportverhältnisse halber vertheilte man den Betrieb auf die Werke Röras, Eidet und Lovisa; jetzt, nach Fertigstellung der Bahn Trondhjem-Röras-Kristiania, ist der ganze Betrieb nach Röras concentrirt worden und man hüttet mit |321| Holzkohlen und Koks im Gemenge. Koks allein anzuwenden, verbot sich bislang, weil dabei die Wandungen des nicht völlig frei stehenden Suluofens mangels jeglicher Wasserkühlung zu stark angegriffen werden.

Die alten (a) und die neuen (b) Suluöfen zu Röras haben:

a b
Eine Höhe über der Sohle von 4m,7 4m,0
Einen inneren Querschnitt von
0m,9 × 1m,5 =

1qm,35
1m,45 × 1m,45 oben
1m,1 × 1m,1 unten
Eine Capacität von etwa 6cbm 6cbm,5
Formen: theils nur 2 in der Rückwand,
theils äuſserdem je 1 in den
Seitenwänden
2 in der Rückwand, je 1 in den Seiten-
wänden
Rectangulairen Querschnitt. Achtseitigen Querschnitt.

Das Gestelle der Rohkupferöfen ist völlig eingemauert; constrnctiv gleichen sie den alten Suluofen: ihr Querschnitt miſst 0m,8 × 1m,25 = 1qm,0, ihre Höhe 4m,7, ihre Capacität beträgt 4cbm,5. Sie werden nur mit sehr schwach gepreſstem Winde betrieben

Verhüttet werden im Jahre zu Röras 5000 bis 6000t rohe Erze, und das Schluſsproduct daraus bestand während der letzten Jahre aus etwa 250 bis 290t Garkupfer; auf rohes Erz bezogen erzielt man 4,40 bis 4,82 Proc. Garkupfer. Das Rohsteinergebniſs im J. 1885 betrug 29,8 Proc. vom rohen Erze.

Nach dem Probirbuche des Werkes enthielt der Rohstein 1884 bezieh. 1885: S 24,83 bezieh. 26,37, Cu 22,95 bezieh. 23,68, Fe 48,21 bezieh. 45,07, Co und Ni, vorzugsweise aber Co 2,14 bezieh. 2,28, Zn 1,82 bezieh. 0,32, Pb 0,41 bezieh. 0,16, Mn 0,28 bezieh. 0,00, Unlösliches 1,48 bezieh. 1,98. Im Allgemeinen enthält der Rohstein 5 bis 5,5 Sulfid (FeS, Cu2S, ZnS u.s.w.) auf 1 metall. Eisen.

Im J. 1885 gefallene Suluschlacken enthielten SiO2 35,86, Al2O3 4,77, FeO 46,78, CaO 0,71, MgO 3,63, MnO 3,49, K2O und Na2O 3,26, Cu 0,34, S 2,66. Das Sauerstoffverhältniſs der Schlacken ist 1,15 bis 1,2.

Beim Rohkupferschmelzen wurden im J. 1885 durchgesetzt: Rohstein, geröstet 1452t, beschickt mit Quarz 130t, Nasen 117t, unreiner Schlacke 342t, Garkrätze 49t, Summa Schmelzgut 2090t. Man verbrauchte dazu direkt 4700hl Koks und 2125cbm Holzkohlen, indirekt 110cbm Holzkohlen, und erzielte neben 128t Stein 269t,1 Schwarzkupfer = 18,5 Proc. vom gerösteten Rohsteine.

Die beim Rohkupferschmelzen fallenden Schlacken sind basischer als ein Singulosilicat; ihr Kupfergehalt geht selten unter 0,55 herab und übersteigt, ebenso selten 0,80. Nach einer Analyse von A. Holmsen enthielt dieselbe SiO2 26,00, Al2O3 2,69, FeO 67,57, MgO 2,40, CaO 0,51, Cu2O 0,44.

Der Concentrationsstein hält gewöhnlich 50 bis 60 Proc. Kupfer, und das Rohkupfer ergab im J. 1885 76,7 Garkupfer. Nach K. M. Hanan besteht das Rohkupfer aus Cu 91,48, Fe 5,04, Ni und Co 1,51, Zn 1,04, Pb 0,45, S 0,80 Und enthalt keine Spur von As, Sb und Sn.

Im neuen Suluofen gingen in 1885 täglich 26t,2 Beschickung mit 12cbm,3 Holzkohlen und 4cbm,1 Koks, im Ganzen 26cbm,8 Schmelzgut durch- die Capacität des Ofens beträgt 6cbm,5 er wechselte also täglich viermal seinen Inhalt.

Beim Rohkupferschmelzen wurden im gleichen Jahre 5 bis 5t,8 Beschickung mit zweimaligem Wechsel im Tage durchgesetzt; das Schmelzgut befand sich also während 12 Stunden im Ofen.

Beim Suluschmelzen trug während längerer Jahre 1cbm Holzkohlen zu Lovisa 0t,730, zu Röras 0t,708, zu Eidet 0t,541 und zu Meraker 0t,440 Beschickung, zu Husa, Jemtland, Schweden, aber 0t,306 Erze.

Die Hauptursache der Verschiedenheit des Kohlenverbrauches bei den gekannten Werken liegt in der gröſseren oder geringeren Schwerschmelzigkeit ihrer Schlacke. Zu Röras und Lovisa blies man mit sehr basischer, leichtschnielziger Schlacke, zu Eidet mit einer basenärmeren; noch gröſser war der Gehalt an Kieselsäure zu Meraker, am allergröſsten aber in Husa, wo die Schlacke schwerschmelziger ist als auf einem der vorher genannten Werke. In Röras wiegt 1cbm Holzkohlen 151k; 1t Beschickung erfordert also 213k |322| Holzkohlen. Wird die Menge der nicht destillirbaren Kohle – C – in der Holzkohle im Mittel zu 80 Proc. angenommen, so ergibt sich, daſs in Röras zum Schmelzen einer Tonne Beschickung 170k C erfordert wurden.

1hl Koks wiegt ebendaselbst 42k,5 und sein Gehalt an undestillirbarer Kohle wird zu 89 Proc. angenommen.

Bei Holzkohlen und Koks im Gemenge wurden beim Suluschmelzen in den alten Röraser Oefen von 1878 bis 1883 1000k Beschickung mit durchschnittlich 134k,2 C verblasen; im neuen Ofen fiel dieser Verbrauch auf durchschnittlich 113k,7, der auch während der Zeit der weiterhin mitzutheilenden Gasanalysen so anzunehmen ist.

Bis zum Jahre 1873 bediente man sich beim Rohkupferschmelzen ausschlieſslich der Holzkohlen und verbrauchte auf die Tonne Beschickung 309k oder 247k C; bei Verwendung von Koks und Holzkohlen im Gemenge werden durchschnittlich 190k C verbraucht.

Der Unterschied im Kohlenverbrauche bei beiden Prozessen wird schwerlich durch äuſsere Veranlassungen hervorgebracht, er ist sicher in der Natur der verschiedenen Prozesse selbst bedingt. An der Hand der Gasanalysen wird später darauf hingewiesen werden, daſs beim Rohkupferschmelzen ein wesentlicher Theil der Kohle zur Reduction verbraucht wird und für die Verbrennung verloren geht, sowie daſs dabei der Nutzeffect des Brennmateriales nur relativ klein ist.

Die metallurgischen Prozesse zu Skjäkerdal.

Zu Skjäkerdal, Nord-Trondhjems Amt, wird ein nickelhaltiger, vorzugsweise mit Hornblende und Plagioklas verwachsener Magnetkies aus dem Dyrhougs Grubenfelde verhüttet. Dieser nickelhaltige Kies tritt, wie anderwärts in Scandinavien, im Gabbro auf, der jedoch nicht wie in den übrigen scandinavischen Nickelgruben archäische, sondern jüngere Trondhjemschiefer durchbricht. Der Gehalt des reinen Kieses wechselt bedeutend und beträgt von 0,50 bis 4,2 Ni mit etwas Co. Der beim Schmelzen fallende rohe Rohstein hält durchschnittlich 4,5 bis 5,0 Ni und Co, sowie 0,75 bis 2,0 Cu. Im Verhältnisse zum Nickel ist der Kupfergehalt des Erzes geringer als bei den meisten übrigen Nickel werken.

Der Rohstein wird zweimal unter Umsetzen geröstet und in sehr niedrigen Schachtöfen unter Zuschlag von Quarz concentrirt; der Concentrationsstein hält 16 bis 17 Proc. Ni und bis 2 Proc. Co; derselbe wird, wie bei den übrigen nordischen Nickelwerken zu Garstein mit 50 bis 52 Proc. Ni und etwa 2 Proc. Co gegart und ohne weitere Veredelung exportirt. Der Kupfergehalt beträgt gegen 16, der Schwefelgehalt gegen 20 Proc., der Rest ist Eisen.

Beim Concentrationsschmelzen, und noch mehr beim Garmachen, wird relativ mehr Co als Ni verschlackt; eine Durchschnittsprobe von Garschlacken vom letzten Theile des Garmachens hielt: Ni 1,29, Co 0,66, Cu 0,35, SiO2 18,83, der Rest war FeO, Fe2O3 und etwas Al2O3. Das Verhältniſs zwischen Ni und Co, beide in der Schlacke vorzugsweise als Oxyde und nur zum geringen Theile als Sulfide in mechanisch eingemengten Steinpartikeln vorkommend, ist demnach in der Garschlacke etwa 1 : 2, im Nickelsteine aber 1 : 20.

Die basischen, eisenoxydulreichen Schlacken vom Concentrationsschmelzen und vom Garmachen gehen zum Suluschmelzen zurück, theils behufs Verbesserung der Suluschlacken, theils um einen Theil ihres Ni und Co wieder zu gewinnen.

Das rohe Erz besteht nur zu etwa ⅓ aus Kies, den Rest bilden Plagioklas mit wenig Magnesiaglimmer, Augit oder Hornblende, Granat und Quarz u.s.w., im Allgemeinen sehr kieselsäurereiche, eisenoxydularme Silicate. Nur da erstklassige Erz wird im Haufen geröstet, das übrige, kiesarme und deshalb nicht allein brennende geht ungeröstet zum Ofen; in Folge dessen ist die Suluschlacke immer kieselsäurereich, eisenoxydularm und sehr schwerschmelzig. Sie ist ausnahmslos eine Augitschlacke mit einer Silicirung zwischen den Grenzen 1,55 bis 1,65 und 2,4 bis 2,6. Ihre Basen sind Eisenoxydul – 15, bis 20 Proc. –, Thonerde, vornehmlich vom Plagioklas, und kleine Mengen von Talk und Alkalien; sie ist sehr sauer, verhindert den Ansatz von Nasen, gestattet die Benutzung von Tiegelöfen und die Abführung langer Campagnen, |323| bedingt aber andererseits durch ihre Schwerschmelzigkeit einen groſsen Brennmaterialaufgang.

Der Suluofen ist 4m hoch, hat oben einen Querschnitt mit 1m,25 Seite und ist unten etwas enger; er faſst 6cbm, hat drei Formen von 5cm Durchmesser, sein Gestelle steht frei und der Sumpf hat ungefähr halbmeterige Länge.

Das rohe Erz gab 1884/85 im Durchschnitte 28 Proc. rohen Rohstein und mit 1t Koks wurden durchschnittlich 6t,44 Beschickung durchgesetzt; dem Volum nach vergichtet man 1 Schlacke und 3 Erz. Durch Verkleinerung des Gestelles erreichte man 1886 eine Ersparung von etwa ⅙ des Koks; zur Zeit der Gasanalysen betrug der Koksverbrauch 14 Proc.

Die Gasanalysen.

Zur Zeit der Gasanalysen setzte man in Röras dem Gewichte nach gleiche Theile Holzkohlen und Koks, dem Volum nach 3 Holzkohlen und 1 Koks; zu Gunsten durchgreifender Studien über die Zusammensetzung der Ofengase lieſs man aber nicht allein den Suluofen zeitweilig nur mit Koksgasen, sondern betrieb auch den Rohkupferofen einmal ausschlieſslich mit Holzkohlen, einige andere Male nur mit Koks.

Bei den Gasanalysen wurden nur die Gehalte an CO2 und CO bestimmt, da alle chemisch-metallurgischen Prozesse, welche hier von Bedeutung, auf Grund der Kenntniſs dieser beiden Gase mit genügender Genauigkeit studirt werden können. Das Fehlen freien Sauerstoffes wurde bestätigt.

Auch der Stickstoffgehalt der Gase ist von Gewicht, um mit völliger Sicherheit das Verhältniſs zwischen dem Stickstoffe der Gase und dem Sauerstoffe ermitteln zu können, CH4 und H2O haben für den vorliegenden Zweck geringe Bedeutung. Schertel fand bei alleiniger Verwendung von Koks in den Freiberger Bleihütten in den Ofengasen im Mittel 0,53 Proc. CH4; Ledebur (Eisenhüttenkunde, 1884) verzeichnet als in den Gasen einiger Kokshochöfen gefunden durchschnittlich 0,62 Proc. CH4; man kann deshalb von 0,6 Proc. CH4 als Durchschnittsgehalt der Koksgase ausgehen.

Rinmann und Fernquist fanden (Jernkant, ann., 1865) in den Gasen des Holzkohlenhochofens zu Hammarby im Mittel 1,58, zu Forssjö 0,75 und zu Hasselfors 0,6 Proc. CH4; der Durchschnittsgehalt an CH4 in den Gasen dieser drei Hochöfen stellt sich also auf 0,97 Proc., etwas gröſser als für Koks.

Der mit dem Gebläsewinde eingebrachte Wasserdampf (H2O) wird durch die glühenden Kohlen zu H2 reducirt, welches wieder unter Bildung von H2O auf die Oxyde des Eisens reducirend wirkt; das Endproduct ist auf diese Weise eine Mischung von H2 und H2O, deren Verhältniſs zu einander, da sie beide gleiches Volum haben, nicht weiter interessirt.

Die Gase sind zu Röras bei einem mittleren Barometerstande von 701mm,5 und bei einem Drucke des Wasserdampfes von 6mm,5 aufgefangen worden; letzteres gibt 0,93 Vol.-Proc. Wasserdampf in der Luft, der in den Gasen gegen 0,9 Vol.-Proc. H2 und H2O erzeugte. In Skjäkerdal war der Barometerstand 740 bis 744mm und der Wasserdampfdruck im Mittel 8mm,8; dies gibt 1,19 Proc. Wasserdampf in der Luft und etwa 1,2 Proc. H2 und H2O in den Gasen.

In Röras wie zu Skjäkerdal wurde trockenes, groſsentheils vorher gekostetes Material verschmolzen, was keine Spur von CO2 und nur verschwindend Feuchtigkeit enthielt; der Gehalt an SO2 und H2S im Gase ist sehr klein. Es kann angenommen werden, daſs die Ofengase an Kohlenwasserstoff, Wasserstoff und Wasserdampf zusammen bei Koks zu Röras 2, bei Holzkohle 3, beim Gemische beider 2,5, und in Skjäkerdal bei Koks 2,5 Proc. enthielten. Den Procentualen Gehalt an Stickstoff ermittelt man leicht durch Subtraction der kumme von CO2, CO und der vorher angegebenen Werthe der übrigen Gasarten von 100.

Die Zusammensetzung des Gases ist zu verschiedener Zeit verschieden; diese Verschiedenheit hält sich aber doch bei sonst unveränderten Ofenverhältnissen in ziemlich engen Grenzen, wenigstens so lange das Schmelzen normal verläuft.

Zum Vergleiche seien die von Schertel ausgeführten Analysen von Gichtgasen der Freiberger Hütten angeführt, wo stark geröstetes Bleierz mit Koks Erschmolzen wird, welches sehr basische und an FeO reiche Schlacken gibt.

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Textabbildung Bd. 272, S. 324–325
Textabbildung Bd. 272, S. 324–325

Muldener und Halsbrücker Hütten nach A. Schertel.

Textabbildung Bd. 272, S. 324–325
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Der durchschnittliche Brennmaterialverbrauch beträgt dort bei der Erzarbeit genau 8, bei der Schlackenarbeit 7,5 Proc. vom Gewichte der ganzen Beschickung. Die Koks enthalten dort im Mittel 89,5 festen, nicht destillirbaren C.

Bei den Suluöfen im Mansfelder Reviere, wo man Mergelschiefer mit etwa 3 Proc. Cu und 0,25 Proc. Ag verhüttet, werden die Gase wie bei den Hochöfen abgenommen, zu Heizzwecken verbrannt und fortlaufend analysirt.

Auf Krughütte ist die Schlacke reicher an SiO2 und Al2O3, dagegen ärmer an FeO als auf den meisten anderen Hütten des Districtes und deshalb sehr schwerschmelzig; 1000k Beschickung erfordern 200k Koks mit 92 Proc. C; der relative Aufgang besteht somit in 18,4 Proc. C. Der Gebläsewind ist meist 200 bis 300° warm, und die Gase verlassen den Ofen mit einer Temperatur von 40 bis 50° C. Der Gehalt der Ofengase an CO ist in Folge des warmen Gebläsewindes groſs und wechselt von 20 bis 27 Vol.-Proc. Ihre Zusammensetzung ist: CO 23 bis 24, CO2 7 bis 8, N etwa 68 Proc. Das Verhältniſs CO2: CO ist 0,29 bis 0,33, der Nutzeffect im Mittel 47 Proc.

Kochhütte arbeitet mit leichtschmelzigerer Schlacke und kaltem Winde, ihr relativer Biennmaterialverbrauch besteht in 15,0 Proc. Koks oder 13,8 Proc. C. Die Ofengase enthalten gewöhnlich 14 bis 15 Proc. CO und 12 bis 14 Proc. CO2, das Verhältniſs CO2: CO ist 0,8 bis 1,0, der Nutzeffect im Mittel 63 Proc.

(Schluſs folgt.)

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Poggend. Ann., 1839 Bd. 46 S. 193, mit einer präliminaren Mittheilung in Poggend. Ann., 1838 Bd. 45 S. 339.

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Poggend. Ann., 1840 Bd. 50 S. 80 und 637.

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Vogt: Ueber den Schmelzeffect von Holzkohlen und Koks. Norsk teknisk tidskrift, 1884.

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